不锈钢着色法研究的新进展
2002-09-20 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
1 引言
不锈钢的着色研究起始于1927年，从那时起，人们对彩色不锈钢一直进行着不懈的研究。不锈钢的着色方法很多，但是研究最多的是化学法，也就是INCO法，它是把不锈钢浸入化学着色液中，通过化学自发反应而在不锈钢表面形成一种彩色膜，这种方法在实际生产中已得到了应用。但是由于这种方法污染较为严重，而且颜色控制手段复杂，不易操作，所以现在国外开始了一些其它新方法的探索，力图改变以上这些不足之外，虽然这些方法还处于研究阶段，相信会在不久的将来得到应用。
2 不锈钢着色最新研究方法概述
1990年以来，不锈钢着色的研究方法可以分为两大部分：化学着色法和电化学着色法。这两种方法处理的不锈钢，其表面色泽鲜明而且持久不变，同时不影响不锈钢的其它性能，因此一直是研究的两个主要方向。不锈钢经过这两种方法处理后，表面呈现出各种颜色，但这种彩色并不是不锈钢表面形成了有色的膜，而是表面形成的无色透明氧化膜对光的干涉色。
3 化学着色法
这方面的工作基本上还是INCO法的基础上进行一些改进，着色基础液的成分为：CrO3 240-300g/L,H2SO4 450-500g/L,温度70-90℃,不锈钢浸在这种溶液中，表面就会被氧化形成铬、铁、镍的氧化物，颜色也随着表面膜厚度的改变而变化。
3.1 化学着色法的原理
Evans T.E.等提出其原理是当不锈钢浸入着色液时，会发生下列电化学反应
阳极区：M――Mn+1+ne(M代表不锈钢中金属成分，如Cr、Fe、Ni)
阴极区：Cr2O72- +14H+ +6e- ――7H2O+2Cr3+
当浸渍一段时间后，在金属/溶液界面上金属离子水解形成氧化膜
PMn+ +qCr3+ +rH2O――MpCrqOr+2rH+
此时，阳极反应在氧化膜的孔底部进行。阴极反应在膜的表面进行。阳极反应的产物通过扩散到达膜表面，在膜孔的顶部和底部之间存在电势差△ψ，随着膜加厚，△ψ也增大。
3.2 化学着色法的特点
化学着色法的优点是着色工件的形状可以很复杂，而且得到的颜色均匀，但是较难控制的是颜色的重现性问题，当前采用的通常做法是监测不锈钢工件在着色过程中的电位变化情况。
这是工业生产中最常用的方法，即以饱和甘汞电极或铂电极为参比电极，测量着色过程中不锈钢的电位-时间变化曲线，从A点开始，不锈钢表面开始有颜色生成，因此A点又称为起始电位，随着时间的延长，不锈钢表面的电位与A点的电位差逐渐增大，不同的电位差对应不同的颜色，可以看到，这些颜色相邻的电位差距很小，只有几个毫伏，这就给实验带来了很大的不便，这需要仪器设备有很高的精度和良好的抗干扰性能，否则仪器本身的误差就会导致控制出错。如果大批量的生产，更要考虑采用计算机辅助控制。在国内，这种方式不易实现和推广。
3.3 化学着色法的进展
在我国，周细应等采用硫酸和铬酸溶液对不锈钢进行化学着色实验，研究了前处理工艺、着色液温度、浓度等因素对不锈钢化学着色时表面彩色膜质量的影响。张碧泉等报道了在硫酸和铬酸着色液中加入适当的添加剂，对304不锈钢进行了化学着色，加入的添加剂能使不锈钢着色颜色光泽鲜艳，同时研究了不锈钢在此溶液中着色过程的电位-时间曲线，根据时间-电位曲线可得到每种颜色的电位差范围，利用这一方法能够获得重视性较好的颜色。郭稚弧等研究了在着色液中加入添加剂，使着色过程可以在较低的温度下进行，避免了在高温下铬酸的挥发而污染空气，另外在硬化液中加入抗磨添加剂，使着色膜的耐磨性大大提高，使用日本スガ试验机株式会社生产的スガ磨耗试验机检测，对磨材料为瓶塞橡皮，负荷500g，可耐摩擦3000次以上。并且对不锈钢的表面进行了扫描电镜分析，发现经过硬化处理后，膜变得更加细致，而且晶粒间微裂纹大大减少，这是其抗磨性提高的原因。
从以上着色处理的发展历史，以及报道的主要的研究与应用来看，尽管化学着色取得了一定的进展，但是仍存在许多问题值得研究和改进。正如前面所提到的，其处理温度较高，在70-80℃内，使溶液中浓度较高的铬酸容易挥发，造成环境污染。而且处理液在高温下腐蚀性很强，对设备的要求很严。另外，化学着色法的颜色控制及监测借助于计算机辅助控制，使得操作的精确度提高，但同时也使操作变得更加复杂。在国外，人们在研究更加简便的方法，研究利用电化学的方法来处理温度降低，并改善着色过程的可控性和颜色的重要性。
4 电化学着色法
这方面的工作近年来开展得较多，按其施加电信号的方法可以分为电流法和电位法两种。无论是采用哪一种方法，其成膜的机理可以用下列反应式描述：
在电化学着色的过程中，试片上施加阳极电流或阳极电位时发生的反应为：M=Mn+1+ne-，这里M代表不锈钢中的成分，如Fe、Cr、Ni等金属。试片上施加阴极电位时发生的反应可能是：HCrO4-+7H++3e-=Cr3++4H2O或Cr2O72-+14H++6e-=2Cr3++7H2O或H2O+H++2e-=H2+OH-，随后阳极和阴极中生成的金属离子在表面发生水解反应形成色膜：PMn++qCr3++rH2O=MpCrqOr+2rH+。电化学着色的溶液主要成分与化学着色法一样，基本上是CrO3和H2SO4。
4.1 电流法
这种方法是在工件上施加可控制的电流信号，外界施加的电流强制不锈钢工件发生氧化，从而生成色膜。电流法研究较多的有以下两种：
4.1.1 脉冲电流法
这种方法施加的电流信号是以脉冲的形式不断发生变化，并不是恒定不变的。C.J.Lin和J.G.Duh研究了用脉冲电流方法对不锈钢进行着色，同时研究了膜的机械性质。着色溶液为铬酸和硫酸体系，脉冲电流信号形状为矩形方波，通过改变参数I1（正电流值），I2（负电流值），T1（正电流持续时间）和T2（负电流持续时间），从而使脉冲电流信号发生变化，研究不同脉冲信号下不锈钢的着色情况。实验证明由脉冲获得的色膜具有良好的附着性和延展性。色膜经SEN分析，其晶粒大小为5nm，显示出近乎非晶态的组织。在施加脉冲信号过程中，阳极电流伴随着阳极反应，阴极电流伴随着阴极反应，在特定的信号参数范围内，色膜的厚度与通入的总电量成正比，因此可通过控制输入的总电量来得到特定厚度的色膜，从而达到控制颜色的目的。虽然采用此方法，颜色的重现性较化学法的好，但是此法是在75℃下进行的，并未减轻环境污染。Yuji Sone等人提出了用生产流水线的方式来进行不锈钢的彩色处理，并且申请了专利，此工艺也是采用方波电流进行着色处理，溶液也是铬酸和硫酸体系，通过控制阳极电流值、阴极电流值、频率和通电时间来获得所需的颜色，与化学着色法相比，重现性很好，颜色非常均匀。
廖小珍等研究了交流方波电解方法制备彩色不锈钢，结果表明此方法不但可以缩短着色时间，而且颜色控制较为容易，还可以降低溶液的温度至55℃。与C.J.Lin的方法相比，其方波的周期较长。除了方波电流外，K.Ogrua等又尝试了用三角波电流脉冲法来进行着色，着色可以在室温下进行，但是要获得特定颜色，必须调整好适当的Imax、Imin和τ（三角波的周期值），色膜的厚度与电解时间和τ的对数成线性关系。K.Ogrua用紫外分光光度计测量了着色膜的厚度。随着通电时间的延长，工件的颜色按照褐色――黄色――红色――兰色――绿色的顺序变化。Jun.J.N.等研究了在正弦波、正弦波+直流、正弦波+方波这三种电流信号的作用下，得到了不同类型的色膜，都具有良好的性能。郭稚弧等研究了三角波电流扫描法对不锈钢进行着色，通过正交实验探讨了最佳的工艺参数，并且对着色膜的各项性能做了测试，耐磨性能较好。此工艺对曲面着色也有良好的适应性，把试片弯曲90°后，呈">"状，进行着色，颜色也很均匀，重现性也很好，只要控制好工艺参数就可以获得预期的颜色。温度对于颜色的控制有着很大的影响，温度越高，着色速度越快。在着色过程中，记录了不锈钢试片的电位随施加电流的变化情况。
随着电解时间的延长，阴极电流扫描时间响应电位不断的正移，每一周期的结束电位(i从0-imax-imin-0的结束电位)发生正移表明了在不锈钢表面的色膜生成。在同样的工艺参数下做了4组实验，探讨所得颜色重现性与电解过程中响应电位-电流之间的关系，结果说明颜色的重现性与周期结束电位有着一定的对应关系，每颜色都对应着一定的电位，而且重现性较好。并且还研究了在着色过程中，着色液中的杂质离子浓度的变化情况，在不锈钢的着色过程中，反应产生的杂质离子Fe3+、Cr3+、Ni2+的浓度不断的增加，这三种离子的含量是影响着色重现性的重要因素。我们对着色溶液体系建立了可行的分析方法，对杂质离子的影响进行了研究，发现随电解着色时间的延长，Cr3+的浓度增加最快，Fe3+和Ni2+的浓度增加较慢，在Cr3+≤2.0g/L,Fe3+≤600mg/L,Ni2+≤184mg/L的范围内，着色的重现性可以得到保证。另外，色膜的EPMA分析表明，电化学着色得到的膜比化学法的要致密，耐磨性也比化学法的要好。另外，还研究了低频方波电化学着色法制备彩色不锈钢，此方法获得的颜色均匀，容易控制，重现性好，但不足之处是处理温度偏高。
4.1.2 恒定电流法
李晓煜等对不锈钢阳极氧化成金黄色做了研究，着色液中铬酸的浓度与化学着色法的相比要低得多，其主要成分为：CrO3 20g/L,H2SO4 400ml/L,MnSO4 3g/L,YZ-03添加剂 40g/L,NaAc 10.5g/L。电流密度为0.4A/dm2。此工艺主要是用于形成金黄色的色膜，对于其它颜色则难以实观。不锈钢在此工艺条件下发生阳极氧化，由于电流的作用，不锈钢在铬酸浓度较低的情况下仍能发生反应，如果没有电流的介入，不锈钢在此溶液中浸泡数小时也不会有任何变化。南京大学的方景礼等在不含铬酸的溶液中将不锈钢成功的镀覆上一层兰色膜，此溶液的主要成分是钼酸钠，不锈钢在阴极电流的作用下，表面沉积上一层钼的复杂化合物，此溶液的主要成分是钼酸钠，膜的厚度约为42.7μm，此膜的耐热性一般，只能用于一般大气环境下。
4.2 电位法
采用控制施加电位的方法，在试片的自然电位的基础上施加一个正电位或负电位，这个过电位促进不锈钢试片发生氧化或还原。
4.2.1 脉冲电位法
K.Ogura等人研究了奥氏体不锈钢在方波电位下发生的着色反应。他们首先以20mV/min和60mV/min的扫描速度做了不锈钢在着色液中的动电位极化曲线，发现不锈钢开始过钝化的电位为1.2V，随着电位的增加，过钝化电流达到一个极限值。根据这个极化曲线，确定了方波电位的Emax和Emin，但是Emax不能太大，否则生成的氧化膜会发生部分溶解。另外，脉冲幅度和宽度对着色情况也有影响，在这种实验条件下，最佳有脉冲幅度应该在0.4-0.44V，他们还观察到，在第一个脉冲过后，阳极响应电流会随时间延长而减少，然后又会增加至一个恒定值，类似的，阴极响应电流的幅度也会逐渐变小，直至某一稳定值，但是阴极电流的改变幅度很小。这种方法可以在室温下对不锈钢进行着色，而且着色速度也较快。但是与电流法相比，这种方法在生产操作起来比较麻烦，因为不同的不锈钢板，其自然电位不可能完全一致，那么所选择的极化电位也不尽相同。目前这种方法已有几个专利。
4.2.2 恒定电位法
K.Ogura等还研究了阳极极化的方法，首先用铂丝做参比电极，观察不锈钢试片在着色液中的自发电位的变化情况，电位会从最初浸入时的电位迅速上升，到达峰值后又降低到最小值E1，然后电位又上升至第二个峰E2。在电位E1-E2的范围内，不锈钢的颜色会发生变化。于是在试片的自发电位到达E1时阳极极化至一个电位，大约在E1-E2的范围内，这时外电流会从溶液中取出，施加极化的电位不同，则得到的颜色不同。
4.3 电化学方法的特点
电化学着色法一个很明显的优点就是颜色的可控性及重现性都很好，受不锈钢表面状况的影响较小，而且处理温度较低，有些工艺可以在室温下进行，污染程度较轻。与电流法相比，在实际应用中，控制电位是很麻烦的，相比之下，电流比较容易控制，因此一直是人们研究的主要方向。据本人的研究结果表明，着色液采用脉冲电流法着色后，其工作寿命比化学法的长。但是这种方法也有不足之处，所处理的工件形状不能太复杂，否则电力线分布不均匀，就会导致颜色的不均匀。
5 结语
总之，在不锈钢的着色方法研究领域中，电化学着色方法逐渐受到人们的关注，目前，这些技术仅限于实验室阶段，要应用到实际生产中，还有许多工作要做，不过可以肯定，利用电化学方法着色是未来的发展趋势。
不锈钢的着色研究起始于1927年，从那时起，人们对彩色不锈钢一直进行着不懈的研究。不锈钢的着色方法很多，但是研究最多的是化学法，也就是INCO法，它是把不锈钢浸入化学着色液中，通过化学自发反应而在不锈钢表面形成一种彩色膜，这种方法在实际生产中已得到了应用。但是由于这种方法污染较为严重，而且颜色控制手段复杂，不易操作，所以现在国外开始了一些其它新方法的探索，力图改变以上这些不足之外，虽然这些方法还处于研究阶段，相信会在不久的将来得到应用。
2 不锈钢着色最新研究方法概述
1990年以来，不锈钢着色的研究方法可以分为两大部分：化学着色法和电化学着色法。这两种方法处理的不锈钢，其表面色泽鲜明而且持久不变，同时不影响不锈钢的其它性能，因此一直是研究的两个主要方向。不锈钢经过这两种方法处理后，表面呈现出各种颜色，但这种彩色并不是不锈钢表面形成了有色的膜，而是表面形成的无色透明氧化膜对光的干涉色。
3 化学着色法
这方面的工作基本上还是INCO法的基础上进行一些改进，着色基础液的成分为：CrO3 240-300g/L,H2SO4 450-500g/L,温度70-90℃,不锈钢浸在这种溶液中，表面就会被氧化形成铬、铁、镍的氧化物，颜色也随着表面膜厚度的改变而变化。
3.1 化学着色法的原理
Evans T.E.等提出其原理是当不锈钢浸入着色液时，会发生下列电化学反应
阳极区：M――Mn+1+ne(M代表不锈钢中金属成分，如Cr、Fe、Ni)
阴极区：Cr2O72- +14H+ +6e- ――7H2O+2Cr3+
当浸渍一段时间后，在金属/溶液界面上金属离子水解形成氧化膜
PMn+ +qCr3+ +rH2O――MpCrqOr+2rH+
此时，阳极反应在氧化膜的孔底部进行。阴极反应在膜的表面进行。阳极反应的产物通过扩散到达膜表面，在膜孔的顶部和底部之间存在电势差△ψ，随着膜加厚，△ψ也增大。
3.2 化学着色法的特点
化学着色法的优点是着色工件的形状可以很复杂，而且得到的颜色均匀，但是较难控制的是颜色的重现性问题，当前采用的通常做法是监测不锈钢工件在着色过程中的电位变化情况。
这是工业生产中最常用的方法，即以饱和甘汞电极或铂电极为参比电极，测量着色过程中不锈钢的电位-时间变化曲线，从A点开始，不锈钢表面开始有颜色生成，因此A点又称为起始电位，随着时间的延长，不锈钢表面的电位与A点的电位差逐渐增大，不同的电位差对应不同的颜色，可以看到，这些颜色相邻的电位差距很小，只有几个毫伏，这就给实验带来了很大的不便，这需要仪器设备有很高的精度和良好的抗干扰性能，否则仪器本身的误差就会导致控制出错。如果大批量的生产，更要考虑采用计算机辅助控制。在国内，这种方式不易实现和推广。
3.3 化学着色法的进展
在我国，周细应等采用硫酸和铬酸溶液对不锈钢进行化学着色实验，研究了前处理工艺、着色液温度、浓度等因素对不锈钢化学着色时表面彩色膜质量的影响。张碧泉等报道了在硫酸和铬酸着色液中加入适当的添加剂，对304不锈钢进行了化学着色，加入的添加剂能使不锈钢着色颜色光泽鲜艳，同时研究了不锈钢在此溶液中着色过程的电位-时间曲线，根据时间-电位曲线可得到每种颜色的电位差范围，利用这一方法能够获得重视性较好的颜色。郭稚弧等研究了在着色液中加入添加剂，使着色过程可以在较低的温度下进行，避免了在高温下铬酸的挥发而污染空气，另外在硬化液中加入抗磨添加剂，使着色膜的耐磨性大大提高，使用日本スガ试验机株式会社生产的スガ磨耗试验机检测，对磨材料为瓶塞橡皮，负荷500g，可耐摩擦3000次以上。并且对不锈钢的表面进行了扫描电镜分析，发现经过硬化处理后，膜变得更加细致，而且晶粒间微裂纹大大减少，这是其抗磨性提高的原因。
从以上着色处理的发展历史，以及报道的主要的研究与应用来看，尽管化学着色取得了一定的进展，但是仍存在许多问题值得研究和改进。正如前面所提到的，其处理温度较高，在70-80℃内，使溶液中浓度较高的铬酸容易挥发，造成环境污染。而且处理液在高温下腐蚀性很强，对设备的要求很严。另外，化学着色法的颜色控制及监测借助于计算机辅助控制，使得操作的精确度提高，但同时也使操作变得更加复杂。在国外，人们在研究更加简便的方法，研究利用电化学的方法来处理温度降低，并改善着色过程的可控性和颜色的重要性。
4 电化学着色法
这方面的工作近年来开展得较多，按其施加电信号的方法可以分为电流法和电位法两种。无论是采用哪一种方法，其成膜的机理可以用下列反应式描述：
在电化学着色的过程中，试片上施加阳极电流或阳极电位时发生的反应为：M=Mn+1+ne-，这里M代表不锈钢中的成分，如Fe、Cr、Ni等金属。试片上施加阴极电位时发生的反应可能是：HCrO4-+7H++3e-=Cr3++4H2O或Cr2O72-+14H++6e-=2Cr3++7H2O或H2O+H++2e-=H2+OH-，随后阳极和阴极中生成的金属离子在表面发生水解反应形成色膜：PMn++qCr3++rH2O=MpCrqOr+2rH+。电化学着色的溶液主要成分与化学着色法一样，基本上是CrO3和H2SO4。
4.1 电流法
这种方法是在工件上施加可控制的电流信号，外界施加的电流强制不锈钢工件发生氧化，从而生成色膜。电流法研究较多的有以下两种：
4.1.1 脉冲电流法
这种方法施加的电流信号是以脉冲的形式不断发生变化，并不是恒定不变的。C.J.Lin和J.G.Duh研究了用脉冲电流方法对不锈钢进行着色，同时研究了膜的机械性质。着色溶液为铬酸和硫酸体系，脉冲电流信号形状为矩形方波，通过改变参数I1（正电流值），I2（负电流值），T1（正电流持续时间）和T2（负电流持续时间），从而使脉冲电流信号发生变化，研究不同脉冲信号下不锈钢的着色情况。实验证明由脉冲获得的色膜具有良好的附着性和延展性。色膜经SEN分析，其晶粒大小为5nm，显示出近乎非晶态的组织。在施加脉冲信号过程中，阳极电流伴随着阳极反应，阴极电流伴随着阴极反应，在特定的信号参数范围内，色膜的厚度与通入的总电量成正比，因此可通过控制输入的总电量来得到特定厚度的色膜，从而达到控制颜色的目的。虽然采用此方法，颜色的重现性较化学法的好，但是此法是在75℃下进行的，并未减轻环境污染。Yuji Sone等人提出了用生产流水线的方式来进行不锈钢的彩色处理，并且申请了专利，此工艺也是采用方波电流进行着色处理，溶液也是铬酸和硫酸体系，通过控制阳极电流值、阴极电流值、频率和通电时间来获得所需的颜色，与化学着色法相比，重现性很好，颜色非常均匀。
廖小珍等研究了交流方波电解方法制备彩色不锈钢，结果表明此方法不但可以缩短着色时间，而且颜色控制较为容易，还可以降低溶液的温度至55℃。与C.J.Lin的方法相比，其方波的周期较长。除了方波电流外，K.Ogrua等又尝试了用三角波电流脉冲法来进行着色，着色可以在室温下进行，但是要获得特定颜色，必须调整好适当的Imax、Imin和τ（三角波的周期值），色膜的厚度与电解时间和τ的对数成线性关系。K.Ogrua用紫外分光光度计测量了着色膜的厚度。随着通电时间的延长，工件的颜色按照褐色――黄色――红色――兰色――绿色的顺序变化。Jun.J.N.等研究了在正弦波、正弦波+直流、正弦波+方波这三种电流信号的作用下，得到了不同类型的色膜，都具有良好的性能。郭稚弧等研究了三角波电流扫描法对不锈钢进行着色，通过正交实验探讨了最佳的工艺参数，并且对着色膜的各项性能做了测试，耐磨性能较好。此工艺对曲面着色也有良好的适应性，把试片弯曲90°后，呈">"状，进行着色，颜色也很均匀，重现性也很好，只要控制好工艺参数就可以获得预期的颜色。温度对于颜色的控制有着很大的影响，温度越高，着色速度越快。在着色过程中，记录了不锈钢试片的电位随施加电流的变化情况。
随着电解时间的延长，阴极电流扫描时间响应电位不断的正移，每一周期的结束电位(i从0-imax-imin-0的结束电位)发生正移表明了在不锈钢表面的色膜生成。在同样的工艺参数下做了4组实验，探讨所得颜色重现性与电解过程中响应电位-电流之间的关系，结果说明颜色的重现性与周期结束电位有着一定的对应关系，每颜色都对应着一定的电位，而且重现性较好。并且还研究了在着色过程中，着色液中的杂质离子浓度的变化情况，在不锈钢的着色过程中，反应产生的杂质离子Fe3+、Cr3+、Ni2+的浓度不断的增加，这三种离子的含量是影响着色重现性的重要因素。我们对着色溶液体系建立了可行的分析方法，对杂质离子的影响进行了研究，发现随电解着色时间的延长，Cr3+的浓度增加最快，Fe3+和Ni2+的浓度增加较慢，在Cr3+≤2.0g/L,Fe3+≤600mg/L,Ni2+≤184mg/L的范围内，着色的重现性可以得到保证。另外，色膜的EPMA分析表明，电化学着色得到的膜比化学法的要致密，耐磨性也比化学法的要好。另外，还研究了低频方波电化学着色法制备彩色不锈钢，此方法获得的颜色均匀，容易控制，重现性好，但不足之处是处理温度偏高。
4.1.2 恒定电流法
李晓煜等对不锈钢阳极氧化成金黄色做了研究，着色液中铬酸的浓度与化学着色法的相比要低得多，其主要成分为：CrO3 20g/L,H2SO4 400ml/L,MnSO4 3g/L,YZ-03添加剂 40g/L,NaAc 10.5g/L。电流密度为0.4A/dm2。此工艺主要是用于形成金黄色的色膜，对于其它颜色则难以实观。不锈钢在此工艺条件下发生阳极氧化，由于电流的作用，不锈钢在铬酸浓度较低的情况下仍能发生反应，如果没有电流的介入，不锈钢在此溶液中浸泡数小时也不会有任何变化。南京大学的方景礼等在不含铬酸的溶液中将不锈钢成功的镀覆上一层兰色膜，此溶液的主要成分是钼酸钠，不锈钢在阴极电流的作用下，表面沉积上一层钼的复杂化合物，此溶液的主要成分是钼酸钠，膜的厚度约为42.7μm，此膜的耐热性一般，只能用于一般大气环境下。
4.2 电位法
采用控制施加电位的方法，在试片的自然电位的基础上施加一个正电位或负电位，这个过电位促进不锈钢试片发生氧化或还原。
4.2.1 脉冲电位法
K.Ogura等人研究了奥氏体不锈钢在方波电位下发生的着色反应。他们首先以20mV/min和60mV/min的扫描速度做了不锈钢在着色液中的动电位极化曲线，发现不锈钢开始过钝化的电位为1.2V，随着电位的增加，过钝化电流达到一个极限值。根据这个极化曲线，确定了方波电位的Emax和Emin，但是Emax不能太大，否则生成的氧化膜会发生部分溶解。另外，脉冲幅度和宽度对着色情况也有影响，在这种实验条件下，最佳有脉冲幅度应该在0.4-0.44V，他们还观察到，在第一个脉冲过后，阳极响应电流会随时间延长而减少，然后又会增加至一个恒定值，类似的，阴极响应电流的幅度也会逐渐变小，直至某一稳定值，但是阴极电流的改变幅度很小。这种方法可以在室温下对不锈钢进行着色，而且着色速度也较快。但是与电流法相比，这种方法在生产操作起来比较麻烦，因为不同的不锈钢板，其自然电位不可能完全一致，那么所选择的极化电位也不尽相同。目前这种方法已有几个专利。
4.2.2 恒定电位法
K.Ogura等还研究了阳极极化的方法，首先用铂丝做参比电极，观察不锈钢试片在着色液中的自发电位的变化情况，电位会从最初浸入时的电位迅速上升，到达峰值后又降低到最小值E1，然后电位又上升至第二个峰E2。在电位E1-E2的范围内，不锈钢的颜色会发生变化。于是在试片的自发电位到达E1时阳极极化至一个电位，大约在E1-E2的范围内，这时外电流会从溶液中取出，施加极化的电位不同，则得到的颜色不同。
4.3 电化学方法的特点
电化学着色法一个很明显的优点就是颜色的可控性及重现性都很好，受不锈钢表面状况的影响较小，而且处理温度较低，有些工艺可以在室温下进行，污染程度较轻。与电流法相比，在实际应用中，控制电位是很麻烦的，相比之下，电流比较容易控制，因此一直是人们研究的主要方向。据本人的研究结果表明，着色液采用脉冲电流法着色后，其工作寿命比化学法的长。但是这种方法也有不足之处，所处理的工件形状不能太复杂，否则电力线分布不均匀，就会导致颜色的不均匀。
5 结语
总之，在不锈钢的着色方法研究领域中，电化学着色方法逐渐受到人们的关注，目前，这些技术仅限于实验室阶段，要应用到实际生产中，还有许多工作要做，不过可以肯定，利用电化学方法着色是未来的发展趋势。
